Observar el "temblor" de la fusión de los agujeros negros ayudará a los científicos a determinar si hay axiones, partículas ultraligeras de materia oscura u otros candidatos para el papel de "sexta fuerza de la naturaleza". Esta es la conclusión a la que llegaron los astrónomos que publicaron un artículo en la revista Physical Review D.
Durante mucho tiempo, los científicos creyeron que el universo consiste en la materia que vemos y que forma la base de todas las estrellas, agujeros negros, nebulosas, cúmulos de polvo y planetas. Pero las primeras observaciones de la velocidad de movimiento de las estrellas en galaxias cercanas mostraron que las estrellas en sus afueras se mueven en ellas a una velocidad increíblemente alta, que era aproximadamente 10 veces mayor que los cálculos basados en las masas de todas las estrellas en ellas mostraban.
La razón de esto, según los científicos de hoy, fue la llamada materia oscura, una sustancia misteriosa que representa aproximadamente el 75% de la masa de materia en el Universo. Por lo general, cada galaxia tiene entre 8 y 10 veces más materia oscura que su prima visible, y esta materia oscura mantiene a las estrellas en su lugar y evita que se dispersen.
Hoy en día, casi todos los científicos están convencidos de la existencia de la materia oscura, pero sus propiedades, además de su evidente influencia gravitacional sobre las galaxias y los cúmulos de galaxias, siguen siendo un misterio y un tema de controversia entre astrofísicos y cosmólogos. Durante mucho tiempo, los científicos han asumido que se compone de partículas superpesadas y "frías", "débiles" que no se manifiestan de ninguna manera, excepto atrayendo grupos visibles de materia.
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La búsqueda infructuosa de "WIMP" durante las últimas dos décadas ha llevado a muchos teóricos a creer que la materia oscura en realidad puede ser "ligera y esponjosa" y constar de los llamados axiones, partículas ultraligeras similares en masa y propiedades a los neutrinos. Su primera búsqueda también terminó en vano, lo que hace que esta sustancia invisible sea aún más misteriosa.
Baumann y sus colegas han formulado una forma muy poco ortodoxa de buscar estas partículas mediante el estudio de lo que sucede en las cercanías de un par de agujeros negros en rotación que se preparan para fusionarse entre sí.
Como señalaron los científicos, su movimiento tendrá un efecto especial en la estructura del espacio-tiempo circundante, contribuyendo a la aparición de axiones y otras partículas ultraligeras, y evitando su mutua aniquilación y autodestrucción.
Como resultado, los agujeros negros estarán rodeados por una especie de "atmósfera" o "nube" de axiones, como los científicos llaman a esta estructura. Se comportará como un átomo artificial, ralentizando su movimiento, emitiendo ondas gravitacionales e influyendo de manera especial en el proceso de su fusión.
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Esta influencia, a su vez, será especialmente pronunciada durante el llamado "nerviosismo", una fase especial en la vida de un agujero negro recién nacido, cuando descarga el exceso de energía rotacional en forma de ondas gravitacionales. En este momento, no parece una bola perfecta, sino una elipse alargada o estirada, adquiriendo gradualmente una forma "normal".
Como muestran los cálculos de Baumann y sus colegas, si existen axiones u otras partículas de luz, entonces su nube desaparecerá abruptamente después de la fusión y durante el comienzo del "jitter", debilitará las ondas gravitacionales generadas por este proceso e introducirá distorsiones únicas en ellas.
¿Se pueden encontrar tales fluctuaciones? Es poco probable que los telescopios gravitacionales terrestres como LIGO y ViRGO, según los astrofísicos, puedan resolver este problema, ya que requeriría encontrar un par de agujeros negros en la Vía Láctea, muy cerca de fusionarse. Esto es muy poco probable.
Por otro lado, el observatorio orbital LISA, capaz de rastrear agujeros negros supermasivos en otras galaxias, debería poder hacer frente a esta tarea y encontrar rastros de todas las posibles partículas de luz.
Si esta idea se justifica, entonces esos pares de agujeros negros, como creen los científicos, se convertirán para nosotros en una especie de "colisionadores gravitacionales", capaces de buscar realmente "nueva física" más allá del Modelo Estándar.
